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        鋁合金駕駛室安全性能優(yōu)化分析

        2019-02-26 05:04:32張德偉孔雪李冰祝哮孫巍王東輝
        汽車零部件 2019年1期
        關(guān)鍵詞:變形優(yōu)化

        張德偉,孔雪,李冰,祝哮,孫巍,王東輝

        (遼寧忠旺集團(tuán)有限公司,遼寧遼陽 111003)

        0 引言

        近幾年隨著電商平臺的快速發(fā)展和網(wǎng)購的爆炸式發(fā)展,我國快遞規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。快遞業(yè)務(wù)規(guī)模的擴(kuò)大對物流車的需求量也不斷增加,新能源物流車成為同城物流配送的主要增長極。但由于受制于續(xù)航里程、充電時間以及配套充電設(shè)備不完善等因素,電動車暫時適用于中短程的行駛路線。為降低物流成本,增加續(xù)航里程,新能源物流車的輕量化勢在必行。

        鋁合金的密度約為鋼的1/3,回收利用率高,成型簡單,已成為目前應(yīng)用最廣泛的輕量化材料。在保證車輛的結(jié)構(gòu)可靠性和安全性能的前提下,盡可能地降低車輛的整備質(zhì)量,從而提高車輛的續(xù)航里程,為此將新能源物流車的駕駛室材料用鋁合金,主要采用擠壓成型技術(shù)。

        目前新能源物流車的駕駛室采用平頭框架類型,乘員生存空間較小,因此一旦發(fā)生類似正面撞擊事故時,乘員容易受到擠壓傷害而危及生命。為消除在意外事故中駕駛室內(nèi)乘員受傷的危險,保證駕駛室的生存空間,文中依據(jù)GB 26512-2011《商用車駕駛室乘員保護(hù)》的要求,對駕駛室進(jìn)行正面撞擊的仿真分析優(yōu)化,保證駕駛室滿足生存空間要求。

        1 法規(guī)解析

        正面沖擊時駕駛室固定,正面沖擊擺錘從前向后撞擊駕駛室,沖擊擺錘寬度為2 500 mm,高度為800 mm,質(zhì)量為1 500 kg,擺錘重心位置低于駕駛室座椅(點R) 50 mm。當(dāng)車輛的最大設(shè)計質(zhì)量不大于7 000 kg時,撞擊能量為29.4 kJ。當(dāng)車輛的最大設(shè)計質(zhì)量大于7 000 kg時,撞擊能量為44.1 kJ。撞擊工況如圖1所示。

        圖1 撞擊工況示意圖

        2 正面撞擊初步結(jié)果分析

        2.1 駕駛室框架變形

        駕駛室框架是正面沖擊工況下的主要傳力通道,是整個結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)。當(dāng)正面沖擊擺錘撞擊到駕駛室前部時,由于底部強(qiáng)度大而上部相對比較薄弱,導(dǎo)致擺錘發(fā)生偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)后導(dǎo)致對上部的沖擊力較大,上部結(jié)構(gòu)偏弱使得駕駛室上部侵入較大而影響駕駛室的生存空間。最終導(dǎo)致駕駛室的最大侵入高達(dá)278.9 mm。駕駛室整體變形圖和縱向侵入云圖分別如圖2—圖3所示。

        圖2 駕駛室變形圖

        圖3 駕駛室縱向侵入云圖

        2.2 門框變形

        車門是正面沖擊工況下重要的輔助傳力通道,在整個結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有重要的支撐傳力作用,也是發(fā)生事故后重要的逃生通道。正面沖擊后,由于車門中部支撐剛度不足導(dǎo)致向內(nèi)折彎,不能起到很好的傳力作用導(dǎo)致駕駛室增大,車門框變形很大而使車門難以打開。車門變形圖如圖4所示,門框測量點及門框變形曲線圖如圖5所示,其變形值如表1所示??梢娮蟆⒂议T框變形量基本一致,說明左、右門框的結(jié)構(gòu)和傳力能力相當(dāng)。

        圖4 車門變形圖

        圖5 門框變形試驗

        mm

        3 優(yōu)化方案

        由于駕駛室實際下部固定在車架上,而上部沒有固定機(jī)構(gòu),受到正面沖擊時類似懸臂梁結(jié)構(gòu),為了使駕駛室減少侵入,加強(qiáng)底部支架結(jié)構(gòu),如圖6所示。

        圖6 底部加強(qiáng)件

        正面沖擊時,沖擊力主要靠兩側(cè)的框架結(jié)構(gòu)來承載,因此要加強(qiáng)兩側(cè)的框架結(jié)構(gòu)來承受住正面的沖擊,同時車門中部支撐要有足夠的承載能力輔助兩側(cè)框架將力順次傳遞,最終保證駕駛室有足夠的生存空間。傳力通道示意圖如圖7所示。

        圖7 傳力通道示意圖

        4 優(yōu)化結(jié)果分析

        由于駕駛室上部結(jié)構(gòu)加強(qiáng),縱向傳力能力提升,車門中部支撐件加強(qiáng)后穩(wěn)定傳力,優(yōu)化后正面撞擊后駕駛室整體變形圖和縱向侵入云圖分別如圖8—圖9所示。由圖9可知,駕駛室的最大侵入量為203.0 mm,增加了駕駛室生存空間。優(yōu)化后門框變形曲線圖如圖10所示,可知變形門框動態(tài)最大變形量為93.6 mm,靜態(tài)最大變形量為77.2 mm,門框變形值如表2所示??梢妰?yōu)化后的左、右門框變形量基本一致且變形量較小,正面沖擊后左、右車門都能正常開啟。

        圖8 優(yōu)化后駕駛室變形圖

        圖9 優(yōu)化后駕駛室侵入云圖

        圖10 優(yōu)化后門框變形曲線圖

        mm

        5 結(jié)論

        (1)駕駛室框架是正面沖擊工況下的主要傳力通道,是整個結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ),在設(shè)計中要保證其足夠的強(qiáng)度。

        (2)車門是正面沖擊工況下重要的輔助傳力通道,在整個結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有重要的支撐傳力作用,在設(shè)計中要保證其合理的支撐強(qiáng)度。

        (3)駕駛室經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化后,縱向傳力能力提升,車門中部支撐件加強(qiáng)后穩(wěn)定傳力,滿足駕駛室生存空間要求。

        (4)駕駛室通過采用鋁合金材料實現(xiàn)了輕量化目標(biāo),而且其安全性能滿足法規(guī)要求,可有效提升續(xù)航里程,增加市場競爭力。

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